香港城市大学
“元原子”和横向声音的图解
信用:S
王等，DOI: 10
1038/s 1467-021-26375-9 你能想象声音和光一样传播吗？香港城市大学的一个研究小组发现了一种新型声波:空气中的声波横向振动，并像光一样携带自旋和轨道角动量
这些发现打破了科学家先前对声波的信念，为声学通信、声学传感和成像的新应用开辟了道路
这项研究由Dr
王树波，城市大学物理系助理教授，与香港浸会大学(HKBU)和香港科技大学(HKUST)的科学家合作进行
它发表在《自然通讯》上，标题是“横向声音的自旋轨道相互作用”
" 超越对声波的传统理解 物理教科书告诉我们有两种波
在光波这样的横波中，振动垂直于波的传播方向
在像声音这样的纵波中，振动与波的传播方向平行
但是来自城市大学的科学家的最新发现改变了对声波的理解
“如果你和一个物理学家谈论空气传播的横向声音，他/她会认为你是一个没有受过大学物理训练的门外汉，因为教科书上说空气传播的声音(我
e
在空气中传播的声音)是一种纵波
王（姓氏）
“虽然空气中的声音在通常情况下是纵波，但我们首次证明了在某些条件下它也可以是横波
我们研究了它的自旋轨道相互作用(一个重要的性质只存在于横波中)，我
e
两种角动量之间的耦合
这一发现为声音处理提供了新的自由度
" 空气或流体中没有剪切力，这就是声音是纵波的原因
王解释道
他一直在探索是否有可能实现横向声音，这需要剪切力
然后他想到了这样一个想法:如果空气被离散成“元原子”，合成剪切力可能会产生
e
体积空气被限制在尺寸远小于波长的小谐振器中
这些空气“元原子”的集体运动可以在宏观尺度上产生横向声音
动量空间中自旋轨道相互作用引起的负折射
信用:S
王等
DOI: 10
1038/s 1467-021-26375-9 “微极超材料”的概念与实现 他巧妙地设计了一种被称为“微极超材料”的人造材料来实现这一想法，这种材料看起来像一个复杂的谐振器网络
空气被限制在这些相互连接的谐振器中，形成“元原子”
“超材料足够坚硬，因此只有内部的空气能够振动并支持声音传播
理论计算表明，这些空气“元原子”的集体运动确实会产生剪切力，从而在这种超材料内部产生带有自旋轨道相互作用的横向声音
博士进行的实验证实了这一理论
马集团在
此外，研究小组发现，空气在微极超材料内部的行为类似于弹性材料，因此支持具有自旋和轨道角动量的横向声音
利用这种超材料，他们首次演示了两种类型的声音自旋轨道相互作用
一种是动量-空间自旋-轨道相互作用，它导致横向声音的负折射，这意味着声音在通过界面时向相反的方向弯曲
另一种是真实空间的自旋轨道相互作用，它在横向声音的激励下产生声音漩涡
研究结果表明，空气中的声音，或流体中的声音，可以是一种横波，和光一样具有完整的矢量特性，如自旋角动量
它为传统标量自由度之外的声音操作提供了新的视角和功能
“这只是一个前兆
我们期待对横向声音的有趣特性进行更多的探索
王说
“未来，通过操纵这些额外的矢量属性，科学家可能能够将更多的数据编码到横向声音中，从而打破传统声波进行声学通信的瓶颈。”
" 真实空间中自旋轨道相互作用产生的声音涡流
信用:S
王等
DOI: 10
1038/s 1467-021-26375-9 自旋与轨道角动量的相互作用通过角动量实现了前所未有的声音操控
他补充说:“这一发现可能为声学通信、声学传感和成像领域的新应用开辟一条道路。”
博士；医生
王是该论文的第一作者和对应作者
博士；医生
马是另一位相应的作者
合作者包括香港科技大学的李延森教授
童青，博士
D
来自城市大学的学生和来自HKBU的其他研究人员
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